Un câmp electric este o regiune a spațiului din jurul unei particule încărcate care exercită o forță asupra altor particule încărcate. Direcția acestui câmp este direcția forței pe care câmpul ar exercita-o asupra unei sarcini electrice de test pozitive. Puterea câmpului electric este volt pe metru (V / m). Din punct de vedere tehnic, izolatorii nu conduc electricitatea, dar dacă câmpul electric este suficient de mare, izolatorul se descompune și conduce electricitatea.
Aceasta poate fi uneori văzută ca o descărcare electrică sau un arc în aer între cei doi electrozi. Tensiunea de avarie a unui gaz poate fi calculată de laLegea lui Paschen.Fizica este diferită pentru diodele semiconductoare în care tensiunea de avarie este punctul în care dispozitivul începe să conducă în modul polarizare inversă.
Tensiunea de defalcare
Diodele și semiconductorii
Diodele sunt de obicei realizate din cristale semiconductoare, de obicei din siliciu sau germaniu. Impuritățile sunt adăugate pentru a crea o regiune de purtători de sarcină negativă (electroni) pe o parte creând un semiconductor de tip n și purtători de sarcină pozitivă (găuri) pentru a face un semiconductor de tip p pe alte.
Când materialele de tip p și de tip n sunt reunite, un flux de încărcare momentan creează o a treia regiune sau regiune de epuizare în care nu sunt prezenți purtători de încărcare. Un curent curge atunci când se aplică o diferență de potențial suficient de mare pe partea p decât partea n.
O diodă are de obicei o rezistență ridicată în direcția inversă și nu permite curgerea electronilor în acest mod de polarizare inversă. Când tensiunea inversă atinge o anumită valoare, această rezistență scade și dioda conduce în modul polarizat invers. Potențialul la care se produce acest lucru se numeștetensiunea de avarie.
Izolatori
Spre deosebire de conductori, izolatorii au electroni care sunt strâns legați de atomii lor, care rezistă fluxului liber de electroni. Forța care ține acești electroni în loc nu este infinită și cu o tensiune suficientă acei electroni pot câștiga suficientă energie pentru a depăși acele legături, iar izolatorul devine conductor. Tensiunea de prag la care se produce acest lucru este cunoscută sub numele de tensiune de rupere saurezistență dielectrică. Într-un gaz, tensiunea de rupere este determinată deLegea lui Paschen.
Legea lui Paschen este o ecuație care dă tensiunea de defalcare în funcție de presiunea atmosferică și lungimea decalajului și este scrisă ca
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})}}}}
UndeVb este tensiunea de rupere DC,peste presiunea gazului,deste distanța între metri,AșiBsunt constante care depind de gazul din jur șiγse este coeficientul secundar de emisie de electroni. Coeficientul secundar de emisie de electroni este punctul în care particulele incidente au suficientă energie cinetică încât, atunci când lovesc alte particule, induc emisia de particule secundare.
Calculul tensiunii de avarie a aerului pe inch
Un tabel cu tensiunea de avarie a distanței de aer poate fi utilizat pentru a căuta tensiunea de avarie pentru orice gaz. În cazul în care nu este disponibil un manual de referință, calculul rezistenței dielectrice pentru doi electrozi separați cu un inch (2,54 cm) poate fi calculat folosind Legea lui Paschen unde
A= 112,50 (kPacm)−1
B= 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γse = 0.01
P= 101.325 Pa
Conectarea acestor valori la ecuația de mai sus produce
V_b = \ frac {2737.50 \ times 101.325 \ times 2.54 \ times 10 ^ {- 2}} {\ ln {(112.50 \ times 101.325 \ times 2.54 \ times 10 ^ {- 2})} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / 0,01)})}} = 20,3 \ text {kV}
Din tabelele tehnice și fizice, se așteaptă ca intervalul tipic pentru tensiunea de avarie în aer să fie de 20 kV la 75 kV. Există alți factori care influențează tensiunea de defectare a aerului, de exemplu, umiditatea, grosimea și temperatura, de aici și gama largă.